CN1140833A - 同轴光电测距仪 - Google Patents

Abstract

一种同轴光电测距仪，在光发送侧，有位于物镜(1)后面的光学部件，使来自光发射部件(52)的光束被在物镜(1)的光轴(C)附近放置的第一反射面反射。在光接收侧的光学部件被装配成使来自反射对象(R)的接收光(Pb)被位于第一反射面后面的第二反射面反射至位于光轴(C)侧面的光接收部件(61)。利中央有一个开口的光圈板(54)，使得从光发射部件(52)发出的光通过光圈板(54)，从而使发送光(Pa)光束横截面为非点对称形状。

Description

同轴光电测距仪

本发明涉及一种同轴光电测距仪，其中在光发送侧，有同轴放置的，用于通过物镜来传输或发送光束的光学器件，该物镜构成一个准直光学系统，即望远光学系统，在光接收侧，有同轴装配的光学器件用于接收通过物镜入射来的光线，光发送侧和光接收侧的光学器件都是光电测距仪的组成部分。

一个传统的光电测距仪具有如下结构。即，来自光源的调制光通过光发送侧的光学器件被发送出去，该调制光由目标反射，通过光接收侧的光学器件由探测器接收被反射的光得到的接收信号和由光源得到的参考信号之间的相位差可以测得，利用这个相位差，就可以计算出到目标的距离。然而，如果使用角棱镜即角反射镜来反射高度平行的发送光，发送光和反射后接收的光束就会完全重叠。结果可能出现接收光无法到达接收侧的光学器件的情况，从而也就无法测量距离了。对于这类问题的解决方案，有一种已知的光电测距仪，例如：日本公布的未审查的专利申请No.319687/1992中，其发送光光束安置在离开物镜的光轴方向处，使发送光与接收光的光路保持平行，从而不再可能相互重叠。

上述传统的光电测距仪中，其发送光与接收光的光路，不会相互重叠，它有下列缺点。即当光电测距仪正对着反射对象放置时，并且相应地物镜光轴和反射对象的中轴线相互严格重合，发送光和接收光的光路可以相对地定位在这条轴线两侧。但是，当光电测距仪与反射对象并非精确相互正对时，发送光和接收光的光路之间有时就可能重叠，导致无法测出距离。

此外，如果使用反光板而不是角棱镜作为反射对象，那么被反射后的接收光就会在一定程度上发生色散。这样看来，利用发送光和接收光的完全重叠进行距离测量似乎就成为可能。但是，由于发送光光束是离开物镜光轴的，所以如果反光板发生倾斜，有时就会在校准点，它是反射板和光轴的交点，与发送光的反射点之间出现一个纵方向(即：前后方向)上的位置偏差。这种偏差在测量时就会成为错误。

考虑到上面这些不足，本发明的目的是提供一种同轴光电测距仪。这种测量仪，既有测量能力，又无测量误差。

为了达到上述及其他目的，本发明提供了一种同轴光电测距仪，包括：

在光发送侧位于物镜后的光学器件，使得由光发送部件发出的光被在物镜的光轴附近放置的第一反射面反射，反射后的光被当作发送光，射向在物镜前面放置的反射对象；在光接收侧安装的光学器件，使被反射对象反射后的接收光可以被位于第一反射面背后的第二反射面反射至位于光轴侧面的光接收部件；其中上述第一反射面如此放置，为的是使光轴被定位在发送光的光束中；还有，在光发送侧的光学器件还包括变换器件，它使发送光光束横截面的形状变成非点对称的形状。

最好是，光发送侧的光学器件由第一棱镜形成，而光接收侧的光学器件由第二棱镜形成。第一反射面由第一棱镜的斜面形成，通过让光通过第一棱镜来传送光束，并且第二反射面由该斜面的背面形成。

第二反射面也可以由第一棱镜的斜面形成，而第一反射面由第一棱镜的背面形成。

最好是变换器件由一个中央有开口的光圈板构成，该开口允许由光发送部件发送的光通过。

光圈板的开口形状可以是梯形、三角形、星形或水滴形。

变换器件也可以由具有诸如梯形和三角形等相对简单形状的反射面的反射面部件构成。

如果使用角棱镜作为反射对象，那么发送光与接收光的光束横截面就会构成点对称的关系。所以，使发送光光束横截面成为非点对称形状，即使发送光和接收光光路相互重合，

发送光与接收光的光束也不会相互完全重叠。事实上，总有一部分接收光可以通过光接收侧的光学器件到达光接收部件。更进一步讲，如果光轴被定位在发送光光束中，那么，即使在用反光板作为反射对象的情况下，也不会因为反光板的倾斜而产生错误，因为校准位置与发送光的反射位置相一致。

将下面有关本发明的详细介绍和有关附图互相参照，就会很容易地理解本发明的上述和其他目的和优点，附图中：

图1是本发明的一个实施例的结构部件示意图。

图2是棱镜具体形状示意图。

图3是发送光与接收光相互部分重叠的情况下的示意图。

图4是本发明第二个实施例的棱镜具体形状示意图。

图5是本发明第三个实施例的棱镜具体形状示意图。

参见图1和图2，参考标号1表示一个物镜。在物镜1的后面(图1中向右为后方)，物镜1的光轴C上，提供了一个目镜2和聚焦透镜(focal lens)3，聚焦透镜3位于物镜1和焦面板8之间，焦面板8位于目镜2的前方(图1中向左为前方)。这样安排的结构，就由物镜1，目镜2，聚焦透镜3和焦面板8共同构成了一个望远镜，使得在物镜1与焦面板8中心连线(即光轴C)的延长线上的任意一点都是准直的。另外，在物镜1的后面还提供一个盘状的(圆盘形)透明的棱镜支承板4。在棱镜支承板4的后表面粘附着第一棱镜5，而第二棱镜6又粘附在第一棱镜5上。在棱镜5、6与聚焦透镜3之间，放置着一个圆盘形的分光镜7。分光镜7可以透过由光发射部件52发出的光中的可见光，但有选择地反射某种光波，关于光发射部件52，下文再介绍。

第一棱镜5具有一个斜的反射面5a。反射面5a位于该棱镜的内侧，并且被光轴C穿过。在反射面5a的下面是光发射部件52。光发射部件52与反射面5a通过反光镜51在光学方式上相对。在光发射部件52与反光镜51之间，放置了一个光圈板53，光圈板53的上面有一个梯形开口54。这样，由光发射部件52发出的光，部分通过梯形开口54，被反光镜51反射到反射面5a上，然后，再由第一棱镜5的反射面5a反射，形成发送光Pa，它通过物镜1，向角棱镜R射去，角棱镜R放置在物镜1的前方。发送光Pa光束的横截面形状为梯形，与上文描述的梯形开口54的形状相似，同时，光轴C被定位在发送光Pa光束中。

第二棱镜6，也有一个斜的反射面6a，反射面6a是第二棱镜6的外表面。从角棱镜R反射的接收光Pb由分光镜7反射，并且进一步由反射面6a反射。接收光Pb被这样安排使它被反射面6a反射后入射到光接收部件61上。

顺便提一句，如果如上所述，用角棱镜R作反射对象，那么，发送光Pa与接收光Pb光束横截面形状相互之间是点对称的关系。在这个实施例中，因为发送光Pa光束的横截面形状为梯形，所以接收光Pb光束的横截面形状为倒梯形，即上下左右都分别翻转了。另一方面，如果光轴C与角棱镜R的中轴线相重合，并且发送光Pa被角棱镜R的中央部分反射，那么发送光Pa与接收光Pb的光路就相互重合了。事实上，由于梯形是非点对称图形，所以，如图3所示，无论发送光Pa与接收光Pb以何种方式相互重叠，接收光Pb总有与发送光Pa不发生重叠的一部分Pr肯定能到达分光镜7，进而被反射面6a反射，所以接收光Pb的一部分就成了光接收部件61的入射光。

在上述实施例中，第二棱镜6是粘附在第一棱镜5上的。实际上，下述的结构也可以使用。即，如图4所示，仅使用第一棱镜5，并且用形成反射面5a的斜面的外表面作为反射面5b，接收光Pb或它的一部分Pr被从反射面5b反射，而不是从上述的反射面6a反射，这样，接收光Pb或它的一部分Pr就成为光接收部件61的入射光。

还有，下述结构也同样可以使用。即，如图5所示，棱镜支承板4被内外颠倒了一下，所以棱镜5就被放置在物镜1那侧了。这样，由反光镜51反射的传输光被棱镜5的外表面，即反射面5b反射，形成发送光Pa。由分光镜7反射的接收光被棱镜5的内表面，即反射面5a反射，从而成为光接收部件61的入射光。

在上述的每个实施例中，发送光Pa光束的横截面形状是梯形。实际上，只要是非点对称形状，除梯形外的其它形状也是可以的；例如：三角形、五边形、星形或水滴形。如果上述形状是诸如梯形或三角形之类比较简单的形状，那么可以省略光圈板53；而将反射面5a(图5中是5b)的形状做成梯形或三角形，以使发送光Pa的光束横截面形状是三角形或梯形。

由于本发明具有如上所述的结构，所以，即使使用角棱镜作为反射对象，距离也能够测量。从而，利用本发明，距离总是可测的。更进一步讲，由于本发明的结构使物镜光轴定位在发送光的光束中，所以，即使使用反光板作为反射对象，并且反光板发生倾斜，也不会出现测量错误。

现在，可以很容易地看出上述光电测距仪达到了设计目的，并且具有广泛的商业实用性。值得注意的是，上文叙述的本发明的特例只是作为代表而已，在本发明的范围内一定程度上的改动对熟悉技术的人来说是显而易见的。

相应地，请参考后续的权利要求，以确定本发明的全部范围。

Claims (7)

1.一种同轴光电测距仪，包括：

在光发送侧的光学器件，其中来自光发送部件(52)的光由第一反射面(5a)反射，该第一反射面(5a)位于物镜(1)和聚焦透镜(3)之间并且邻近所述物镜(1)的光轴(C)，从而把发送光(Pa)射到位于所述物镜(1)前方的反射部件(R)上；

在光接收侧的光学器件，其中由所述反射部件(R)反射的接收光(Pb)被第二反射面(6a)反射，该第二反射面(6a)放在所述第一反射面(5a)之后并且位于分光镜(7)和光接收部件(61)之间的光路上；

其中所述第一反射面(5a)被这样放置，使所述光轴(C)位于所述发送光(Pa)的光通量中；并且

其中所述在光发送侧的光学器件进一步包括变换器件，用于把所述发送光(Pa)的所述光通量的截面交换成非点对称形状。

2.根据权利要求1的同轴光电测距仪，其中所述第一反射面(5a)被形成在第一棱镜(5)中，并且位于所述分光镜(7)和所述光接收部件(61)之间的所述第二反射面(6a)被形成在第二棱镜(6)中。

3.根据权利要求1的同轴光电测距仪，其中所述第一反射面由第一棱镜(5)的一个斜面构成，通过让光穿过所述第一棱镜(5)来传送光，并且其中所述第二反射面是用所述斜面(5a)的背面(5b)构成的。

4.根据权利要求1的同轴光电测距仪，其中所述第二反射面是用第一棱镜的一个斜面构成的，并且其中所述第一反射面是用所述第一棱镜的背面构成的。

5.根据权利要求1至4任意一项的同轴光电测距仪，其中所述变换器件由一个具有用于通过来自所述光发射部件(52)的光束的一个开口的光圈板(54)构成。

6.根据权利要求5的同轴光电测距仪，其中所述开口是梯形、三角形、五边形、星形或水滴形的。

7.根据权利要求1至4任意一项的同轴光电测距仪，其中所述变换器件由具有像梯形和三角形这样的相对简单形状的反射面部件构成。

Images